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Physik · Klasse 7 und 8 · Kapitel

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Physik 7/8: Temperatur, Wärme und Ausdehnung

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich kann Temperaturen in Grad Celsius und Kelvin angeben und Temperaturunterschiede berechnen.

MerkenCelsius und Kelvin

Die Kelvin-Skala beginnt am absoluten Nullpunkt.

Er liegt bei −273 °C, also gilt: Kelvin = Grad Celsius + 273. Ein Unterschied von 1 °C ist genau 1 K.

BeispielCelsius und Kelvin

Das Wasser im Freibad hat 25 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
0 °C273 Kϑ = 25 °CT = ?°CK
Schritt für Schritt
  1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
  2. 25 + 273 = 298
  3. T = 298 K
  1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
  2. 25 + 273 = 298
  3. T = 298 K
Ergebnis:
298 K

AchtungKelvin und Grad Celsius verwechselt

So nicht
20 °C = 20 K
So richtig
20 °C = (20 + 273) K = 293 K

Bei einer Temperatur unterscheiden sich die Zahlen um 273. Zahl in Kelvin = Zahl in Grad Celsius + 273.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Die Luft im Klassenraum hat 23 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 Kϑ = 23 °CT = ?°CK
    So fängst du an:
    Zahl in K = Zahl in °C + 273
    Lösung zeigen
    1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
    2. 23 + 273 = 296
    3. T = 296 K
    Ergebnis:
    296 K
  2. ●2
    Ein Kind mit Fieber hat 39 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 Kϑ = 39 °CT = ?°CK
    Lösung zeigen
    1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
    2. 39 + 273 = 312
    3. T = 312 K
    Ergebnis:
    312 K
  3. ★3
    Pizza im Steinofen hat 623 K. Wie viel Grad Celsius sind das? Berechne mit Einheit.
    0 °C273 K100 °C373 Kϑ = ?T = 623 K°CK
    Lösung zeigen
    1. Zahl in °C = Zahl in K − 273
    2. 623 − 273 = 350
    3. ϑ = 350 °C
    Ergebnis:
    350 °C

2Ich kann die Längenausdehnung beim Erwärmen berechnen.

MerkenWärmeausdehnung

Wird ein Stab wärmer, wird er länger.

Es gilt Δl = α · l₀ · ΔT, und α ist die Verlängerung je Meter und Kelvin. Deshalb haben Brücken Dehnungsfugen.

BeispielLängenausdehnung

Eine Betonplatte ist 8 m lang und wird um 30 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
vorherl₀ = 8 m30 K wärmerΔl = ?
Schritt für Schritt
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 8 m = 0,096 mm/K
  3. Δl = 0,096 mm/K · 30 K = 2,88 mm
  1. Δl = α · l₀ · ΔT
  2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 8 m = 0,096 mm/K
  3. Δl = 0,096 mm/K · 30 K = 2,88 mm
Ergebnis:
2,88 mm

AchtungDifferenz vergessen

So nicht
v = 60 m : 8 s (ab null gerechnet)
So richtig
v = (60 m − 20 m) : (8 s − 4 s) = 10 m/s

Für die Steigung zählen die Änderungen: um wie viel der Weg in der Zeitspanne zunimmt. Rechne Endwert minus Anfangswert.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Stahlträger ist 20 m lang und wird um 60 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird er länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 20 m60 K wärmerΔl = ?
    So fängst du an:
    Δl = α · l₀ · ΔT
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 20 m = 0,24 mm/K
    3. Δl = 0,24 mm/K · 60 K = 14,4 mm
    Ergebnis:
    14,4 mm
  2. ●5
    Ein Kupferrohr ist 2 m lang und wird um 25 K wärmer (α = 0,017 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird es länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 2 m25 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,017 mm/(m·K) · 2 m = 0,034 mm/K
    3. Δl = 0,034 mm/K · 25 K = 0,85 mm
    Ergebnis:
    0,85 mm
  3. ★6
    Eine Betonbrücke ist 0,5 km lang. Im Winter hat sie −5 °C, im Sommer 35 °C (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Zentimeter ändert sich ihre Länge? Berechne mit Einheit.
    Winter: −5 °Cl₀ = 0,5 kmSommer: 35 °CΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. 0,5 km = 500 m, ΔT = 35 + 5 = 40 K
    3. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 500 m · 40 K = 240 mm
    4. 240 mm = 24 cm
    Ergebnis:
    24 cm

3Ich kann Wärme und Temperatur unterscheiden und sagen, wohin die Wärme fließt.

MerkenWärme ist nicht Temperatur

Die Temperatur sagt, wie warm ein Körper ist.

Wärme ist Energie, die vom wärmeren zum kälteren Körper fließt – Kälte fließt nicht. Mehr Masse braucht mehr Wärme.

BeispielWohin fließt die Wärme?

Eine Milchflasche mit 22 °C kommt in einen Kühlschrank mit 5 °C. Was geschieht?
Kühlschrank5 °CMilch22 °CIn welche Richtung fließt Energie?
Schritt für Schritt
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Milch hat 22 °C, Kühlschrank hat 5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
  2. Milch hat 22 °C, Kühlschrank hat 5 °C.
  3. Also: Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
Ergebnis:
Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.

AchtungWärme und Temperatur gleichgesetzt

So nicht
0,2 kg und 2 kg Wasser, beide um 20 K erwärmt: gleich viel Wärme
So richtig
Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 2 kg · 20 K = 168 kJ, bei 0,2 kg nur 16,8 kJ

Die Temperatur sagt, wie warm etwas ist. Die Wärme hängt auch davon ab, wie viel Stoff warm wird.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Eiswürfel mit 0 °C schwimmt in Limonade mit 15 °C. Was geschieht?
    Eis0 °CLimonade15 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    So fängst du an:
    Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Limonade hat 15 °C, Eis hat 0 °C.
    3. Also: Energie fließt von der Limonade zum Eis.
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  2. ●8
    Eine Tasse Tee mit 90 °C steht in einem Zimmer mit 22 °C. Was geschieht?
    Luft22 °CTee90 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Tee hat 90 °C, Luft hat 22 °C.
    3. Also: Energie fließt vom Tee in die Luft.
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Tee in die Luft.
  3. ★9
    Eine Badewanne mit 120 kg Wasser hat 38 °C. Eine Tasse Tee mit 0,2 kg hat 70 °C. Beide kühlen auf 20 °C ab. Was gibt mehr Wärme ab?
    0,2 kgTee 70 °C120 kgBadewanne 38 °Cbeide kühlen auf 20 °C ab
    Lösung zeigen
    1. Die Wärme hängt von der Masse und von der Abkühlung ab: Q = c · m · ΔT.
    2. Badewanne 120 kg und 18 K, Tee 0,2 kg und 50 K.
    3. Die Badewanne hat viel mehr Masse. Sie gibt mehr Wärme ab, obwohl sie kühler ist.
    Ergebnis:
    die Badewanne

4Ich kann die Wärme mit Q = c · m · ΔT berechnen.

MerkenWärme berechnen

Die Wärme hängt vom Stoff, der Masse und der Erwärmung ab.

Es gilt Q = c · m · ΔT, die Masse in kg und die Erwärmung in K. Wasser braucht 4,2 kJ je Kilogramm und Kelvin.

BeispielWärme: Q = c · m · ΔT

2,5 kg Wasser werden um 20 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
m = 2,5 kgQ = ?ΔT = 20 K
Schritt für Schritt
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 2,5 kg = 10,5 kJ/K
  3. Q = 10,5 kJ/K · 20 K = 210 kJ
  1. Q = c · m · ΔT
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 2,5 kg = 10,5 kJ/K
  3. Q = 10,5 kJ/K · 20 K = 210 kJ
Ergebnis:
210 kJ

AchtungMasse in Gramm statt Kilogramm

So nicht
Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 500 g · 10 K = 21.000 kJ
So richtig
500 g = 0,5 kg, Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,5 kg · 10 K = 21 kJ

Die Wärmekapazität gilt je Kilogramm. Rechne die Masse zuerst in Kilogramm um: 1000 g sind 1 kg.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    1 kg Wasser werden um 30 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = ?ΔT = 30 K
    So fängst du an:
    Q = c · m · ΔT
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg = 4,2 kJ/K
    3. Q = 4,2 kJ/K · 30 K = 126 kJ
    Ergebnis:
    126 kJ
  2. ●11
    1 kg Wasser werden um 40 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = ?ΔT = 40 K
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg = 4,2 kJ/K
    3. Q = 4,2 kJ/K · 40 K = 168 kJ
    Ergebnis:
    168 kJ
  3. ★12
    500 g Wasser werden von 22 °C auf 70 °C erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme in kJ ist nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 500 gQ = ?vorher: 22 °Cnachher: 70 °C
    Lösung zeigen
    1. Q = c · m · ΔT
    2. 500 g = 0,5 kg, ΔT = 70 °C − 22 °C = 48 K
    3. Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 0,5 kg · 48 K = 100,8 kJ
    Ergebnis:
    100,8 kJ

5Ich kann aus der Wärme die Erwärmung oder die Masse berechnen.

MerkenQ = c · m · ΔT umstellen

Die Formel ist eine Gleichung: ΔT = Q : (c · m) und m = Q : (c · ΔT).

Q und c müssen beide in kJ oder beide in J stehen.

BeispielErwärmung aus der Wärme

1 kg Wasser nehmen 42 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
m = 1 kgQ = 42 kJΔT = ?
Schritt für Schritt
  1. ΔT = Q : (c · m)
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg = 4,2 kJ/K
  3. ΔT = 42 kJ : 4,2 kJ/K = 10 K
  1. ΔT = Q : (c · m)
  2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg = 4,2 kJ/K
  3. ΔT = 42 kJ : 4,2 kJ/K = 10 K
Ergebnis:
10 K

AchtungWärmekapazität des falschen Stoffs

So nicht
Eisen erwärmen: Q = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg · 10 K
So richtig
Eisen erwärmen: Q = 0,45 kJ/(kg·K) · 1 kg · 10 K = 4,5 kJ

Jeder Stoff hat sein eigenes c. Nimm das c des Stoffs, der warm wird, und lass es nicht weg.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    1 kg Wasser nehmen 126 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
    m = 1 kgQ = 126 kJΔT = ?
    So fängst du an:
    ΔT = Q : (c · m)
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Q : (c · m)
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 1 kg = 4,2 kJ/K
    3. ΔT = 126 kJ : 4,2 kJ/K = 30 K
    Ergebnis:
    30 K
  2. ●14
    4 kg Wasser nehmen 84 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
    m = 4 kgQ = 84 kJΔT = ?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Q : (c · m)
    2. c · m = 4,2 kJ/(kg·K) · 4 kg = 16,8 kJ/K
    3. ΔT = 84 kJ : 16,8 kJ/K = 5 K
    Ergebnis:
    5 K
  3. ★15
    250 g Wasser mit 15 °C nehmen 15,75 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Welche Temperatur hat das Wasser danach? Berechne mit Einheit.
    m = 250 gQ = 15,75 kJvorher: 15 °Cnachher: ϑ = ?
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Q : (c · m)
    2. 250 g = 0,25 kg, c · m = 1,05 kJ/K
    3. ΔT = 15,75 kJ : 1,05 kJ/K = 15 K
    4. ϑ = 15 °C + 15 K = 30 °C
    Ergebnis:
    30 °C

6Ich kann Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung unterscheiden und Dämmung begründen.

MerkenDrei Wege der Wärme

Wärme fließt durch Leitung, Strömung oder Strahlung.

Bei der Strömung wandert der warme Stoff mit, Strahlung braucht keinen Stoff. Dämmung bremst den Fluss.

BeispielLeitung, Strömung, Strahlung

Eine Wärmebildkamera filmt nachts ein Dach mit 0 °C aus 20 Meter Entfernung. Erkläre: Wie kommt die Energie vom Dach zur Kamera?
Dach0 °C?KameraWie kommt die Energie hinüber?
Schritt für Schritt
  1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
  2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
  3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
  4. Also: durch Strahlung, auch durch leeren Raum
  1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
  2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
  3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
  4. Also: durch Strahlung, auch durch leeren Raum
Ergebnis:
durch Strahlung, auch durch leeren Raum

AchtungWärmetransport verwechselt

So nicht
Die Sonne wärmt uns durch Wärmeleitung über die Luft.
So richtig
Sonne → Erde durch fast leeren Raum: Wärmestrahlung

Leitung geht von Teilchen zu Teilchen, bei der Strömung wandert der warme Stoff selbst, Strahlung braucht gar keinen Stoff.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Wasser im Topf wird von unten auf 50 °C erwärmt. Bald ist es oben genauso warm. Erkläre: Wie kommt die Energie nach oben?
    unten50 °C?obenWie kommt die Energie hinüber?
    So fängst du an:
    Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
    Lösung zeigen
    1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
    2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
    3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
    4. Also: durch Strömung, der warme Stoff wandert
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert
  2. ●17
    Wasser im Topf wird von unten auf 60 °C erwärmt. Bald ist es oben genauso warm. Erkläre: Wie kommt die Energie nach oben?
    unten60 °C?obenWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    1. Frag: Wandert der Stoff selbst mit? Dann ist es Strömung.
    2. Bleibt der Stoff, und berühren sich die Körper? Dann ist es Leitung.
    3. Ist gar kein Stoff dazwischen? Dann ist es Strahlung.
    4. Also: durch Strömung, der warme Stoff wandert
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert
  3. ★18
    Die Meere haben rund 90 Prozent der zusätzlichen Wärme der Erde aufgenommen. Das Wasser hier hat 20 °C. Warum wird es nur langsam wärmer?
    LuftwärmerMeer20 °CTiefekaltEnergie: Wohin geht sie?
    Lösung zeigen
    1. Dämmung ist keine Quelle: Sie erzeugt weder Wärme noch Kälte.
    2. Energie fließt vom Wärmeren zum Kälteren. Eine Dämmung bremst diesen Fluss.
    3. Wasser braucht für jedes Kelvin sehr viel Energie.
    Ergebnis:
    Wasser braucht für jedes Kelvin sehr viel Energie.

7Ich kann Temperatur-Zeit-Diagramme beim Schmelzen und Sieden deuten.

MerkenSchmelzen und Sieden

Beim Schmelzen und Sieden bleibt die Temperatur gleich.

Die zugeführte Energie löst die Teilchen voneinander. Im Diagramm ist das ein waagerechtes Stück.

BeispielSchmelzen und Sieden im Diagramm

Eis wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
−20020406080100014t in minϑ in °C
Schritt für Schritt
  1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
  2. Es beginnt bei 8 min und erreicht 100 °C bei 11 min.
  3. Dauer = 11 min − 8 min = 3 min
  1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
  2. Es beginnt bei 8 min und erreicht 100 °C bei 11 min.
  3. Dauer = 11 min − 8 min = 3 min
Ergebnis:
3 min

AchtungNoch einmal: Differenz vergessen

So nicht
v = 60 m : 8 s (ab null gerechnet)
So richtig
v = (60 m − 20 m) : (8 s − 4 s) = 10 m/s

Für die Steigung zählen die Änderungen: um wie viel der Weg in der Zeitspanne zunimmt. Rechne Endwert minus Anfangswert.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Ein Stück Gletschereis wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100014t in minϑ in °C
    So fängst du an:
    Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
    Lösung zeigen
    1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
    2. Es beginnt bei 9 min und erreicht 100 °C bei 12 min.
    3. Dauer = 12 min − 9 min = 3 min
    Ergebnis:
    3 min
  2. ●20
    Ein Eiswürfel wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100012t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    1. Das Wasser wird im steigenden Stück zwischen den beiden waagerechten Stücken wärmer.
    2. Es beginnt bei 5 min und erreicht 100 °C bei 9 min.
    3. Dauer = 9 min − 5 min = 4 min
    Ergebnis:
    4 min
  3. ★21
    Schnee wird mit einer Heizplatte erwärmt, die gleichmäßig 300 W abgibt. Wie viel Energie in kJ nimmt es beim Schmelzen auf? Lies die Zeit im Diagramm ab.
    −20020406080100012t in minϑ in °CP = 300 W, E = ?
    Lösung zeigen
    1. Geschmolzen wird im waagerechten Stück bei 0 °C.
    2. Es dauert von 1 min bis 6 min, also 5 min = 300 s.
    3. E = P · t = 300 W · 300 s = 90.000 J = 90 kJ
    Ergebnis:
    90 kJ

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●22
    Ein Kind mit Fieber hat 38 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 Kϑ = 38 °CT = ?°CK
    Lösung zeigen
    1. Zahl in K = Zahl in °C + 273
    2. 38 + 273 = 311
    3. T = 311 K
    Ergebnis:
    311 K
  2. ●23
    Die Luft in einem Zimmer wird von 17 °C auf 24 °C erwärmt. Um wie viel Kelvin steigt die Temperatur? Berechne mit Einheit.
    0 °C273 Kvorher 17 °Cnachher 24 °CΔT = ?°CK
    Lösung zeigen
    1. ΔT = Endtemperatur − Anfangstemperatur
    2. 24 − 17 = 7
    3. ΔT = 7 K
    Ergebnis:
    7 K
  3. ●24
    Ein Stahlträger ist 5 m lang und wird um 40 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird er länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 5 m40 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    1. Δl = α · l₀ · ΔT
    2. α · l₀ = 0,012 mm/(m·K) · 5 m = 0,06 mm/K
    3. Δl = 0,06 mm/K · 40 K = 2,4 mm
    Ergebnis:
    2,4 mm
  4. ●25
    Ein Stahlrohr ist bei 20 °C genau 5 m lang (α = 0,012 mm/(m·K)). Wie viele Millimeter ist es bei 80 °C lang? Berechne mit Einheit.
    vorher: 20 °Cl₀ = 5 m bei 20 °Cnachher: 80 °C, l = ?Δl
    Lösung zeigen
    1. l = l₀ + Δl
    2. Δl = 0,012 mm/(m·K) · 5 m · 60 K = 3,6 mm
    3. l₀ = 5 m = 5000 mm
    4. l = 5000 mm + 3,6 mm = 5003,6 mm
    Ergebnis:
    5003,6 mm
  5. ●26
    In der Brotdose liegt ein Kühlakku mit −15 °C neben einem Joghurt mit 22 °C. Was geschieht?
    Kühlakku−15 °CJoghurt22 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche die Temperaturen: Welcher Körper ist wärmer?
    2. Joghurt hat 22 °C, Kühlakku hat −15 °C.
    3. Also: Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
    Ergebnis:
    Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  6. ●27
    Ein Becher mit 0,25 kg Wasser braucht 31,5 kJ, um von 20 °C auf 50 °C zu kommen. Wie viel Wärme braucht ein Topf mit 2,5 kg Wasser dafür?
    0,25 kg31,5 kJ2,5 kgQ = ?beide von 20 °C auf 50 °C
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Erwärmung: Die Wärme wächst mit der Masse.
    2. 2,5 kg : 0,25 kg = 10
    3. Q = 10 · 31,5 kJ = 315 kJ
    Ergebnis:
    315 kJ

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Celsius und Kelvin
Die Kelvin-Skala beginnt am absoluten Nullpunkt.
Wärmeausdehnung
Wird ein Stab wärmer, wird er länger.
Wärme ist nicht Temperatur
Die Temperatur sagt, wie warm ein Körper ist.
Wärme berechnen
Die Wärme hängt vom Stoff, der Masse und der Erwärmung ab.
Q = c · m · ΔT umstellen
Die Formel ist eine Gleichung: ΔT = Q : (c · m) und m = Q : (c · ΔT).
Drei Wege der Wärme
Wärme fließt durch Leitung, Strömung oder Strahlung.
Schmelzen und Sieden
Beim Schmelzen und Sieden bleibt die Temperatur gleich.

Achtung273 zu einem Temperaturunterschied addiert

So nicht
von 20 °C auf 50 °C: ΔT = 30 + 273 = 303 K
So richtig
von 20 °C auf 50 °C: ΔT = 30 K

Für einen Unterschied kommt keine 273 dazu. Ein Unterschied von 1 °C ist genau 1 K.

AchtungKälte fließt

So nicht
Das Eis gibt Kälte an die Limonade ab.
So richtig
Limonade 20 °C → Eis 0 °C: Die Energie fließt von der Limonade zum Eis.

Kälte ist nichts, was fließt. Energie fließt immer vom wärmeren zum kälteren Körper.

AchtungKilojoule und Joule verwechselt

So nicht
Q = 4200 J/(kg·K) · 2 kg · 10 K = 84.000 kJ
So richtig
Q = 84.000 J = 84 kJ

Kilo heißt tausend: 1 kJ sind 1000 J. Schau, ob c in J oder in kJ angegeben ist, und schreib die passende Einheit.

AchtungFormel falsch umgestellt

So nicht
V = ρ · m
So richtig
ρ = m : V   | · V   | : ρ   →   V = m : ρ

Stell die Formel wie eine Gleichung um: Auf beiden Seiten dasselbe tun, bis die gesuchte Größe allein steht.

AchtungEinheit vergessen

So nicht
ρ = 54 : 20 = 2,7
So richtig
ρ = 54 g : 20 cm³ = 2,7 g/cm³

Deine Zahl stimmt – aber eine Größe ist Zahl und Einheit. Schreib die Einheit dazu.

AchtungDämmung als Wärme- oder Kältequelle

So nicht
Die Jacke wärmt dich.
So richtig
Körper 37 °C → Jacke → draußen 0 °C: Die Energie kommt vom Körper, die Jacke bremst nur den Fluss.

Eine Dämmung erzeugt weder Wärme noch Kälte. Sie bremst nur den Fluss der Energie vom Wärmeren zum Kälteren.

AchtungWaagerechtes Stück beim Schmelzen und Sieden falsch gedeutet

So nicht
Beim Sieden steigt die Temperatur weiter, das Thermometer ist nur zu langsam.
So richtig
Beim Sieden bleibt ϑ = 100 °C, die Energie trennt die Teilchen voneinander.

Beim Schmelzen und Sieden fließt weiter Energie zu, aber die Temperatur bleibt. Die Energie löst die Teilchen voneinander.

AchtungTeilchen mit den Eigenschaften des Stoffs

So nicht
Beim Schmelzen werden die Teilchen weich.
So richtig
fest → flüssig: Die Teilchen verlassen ihre festen Plätze. Die Teilchen selbst bleiben gleich.

Die Teilchen selbst ändern sich nie. Sie werden nicht weich, nicht größer und nicht nass – es ändern sich nur Abstand und Ordnung.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich kann Temperaturen in Grad Celsius und Kelvin angeben und Temperaturunterschiede berechnen.

    28
    Ein Bügeleisen hat 130 °C. Gib die Temperatur in Kelvin an.
    0 °C273 K100 °C373 Kϑ = 130 °CT = ?°CK
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    403 K

  2. Ich kann die Längenausdehnung beim Erwärmen berechnen.

    29
    Eine Stahlschiene ist 20 m lang und wird um 30 K wärmer (α = 0,012 mm/(m·K)). Um wie viele Millimeter wird sie länger? Berechne mit Einheit.
    vorherl₀ = 20 m30 K wärmerΔl = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7,2 mm

  3. Ich kann Wärme und Temperatur unterscheiden und sagen, wohin die Wärme fließt.

    30
    Eine Milchflasche mit 20 °C kommt in einen Kühlschrank mit 4 °C. Was geschieht?
    Kühlschrank4 °CMilch20 °CIn welche Richtung fließt Energie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.

  4. Ich kann die Wärme mit Q = c · m · ΔT berechnen.

    31
    5 kg Wasser werden um 50 K erwärmt (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Wie viel Wärme ist dafür nötig? Berechne mit Einheit.
    m = 5 kgQ = ?ΔT = 50 K
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1050 kJ

  5. Ich kann aus der Wärme die Erwärmung oder die Masse berechnen.

    32
    2 kg Wasser nehmen 84 kJ Wärme auf (c = 4,2 kJ/(kg·K)). Um wie viel Kelvin wird das Wasser wärmer? Berechne mit Einheit.
    m = 2 kgQ = 84 kJΔT = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    10 K

  6. Ich kann Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung unterscheiden und Dämmung begründen.

    33
    Wasser im Topf wird von unten auf 40 °C erwärmt. Bald ist es oben genauso warm. Erkläre: Wie kommt die Energie nach oben?
    unten40 °C?obenWie kommt die Energie hinüber?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    durch Strömung, der warme Stoff wandert

  7. Ich kann Temperatur-Zeit-Diagramme beim Schmelzen und Sieden deuten.

    34
    Ein Stück Gletschereis wird gleichmäßig erwärmt, ein Kästchen ist eine Minute. Wie viele Minuten dauert es, das Schmelzwasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen? Berechne mit Einheit.
    −20020406080100011t in minϑ in °C
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 min

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind

Wie es zusammenhängt

Das brauchst du vorher: Rationale Zahlen, Zuordnungen

Lösungen

  1. 296 K
  2. 312 K
  3. 350 °C
  4. 14,4 mm
  5. 0,85 mm
  6. 24 cm
  7. Energie fließt von der Limonade zum Eis.
  8. Energie fließt vom Tee in die Luft.
  9. die Badewanne
  10. 126 kJ
  11. 168 kJ
  12. 100,8 kJ
  13. 30 K
  14. 5 K
  15. 30 °C
  16. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  17. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  18. Wasser braucht für jedes Kelvin sehr viel Energie.
  19. 3 min
  20. 4 min
  21. 90 kJ
  22. 311 K
  23. 7 K
  24. 2,4 mm
  25. 5003,6 mm
  26. Energie fließt vom Joghurt zum Kühlakku.
  27. 315 kJ
  28. 403 K
  29. 7,2 mm
  30. Energie fließt von der Milch in die kalte Luft.
  31. 1050 kJ
  32. 10 K
  33. durch Strömung, der warme Stoff wandert
  34. 4 min